Tiềm năng sản xuất methane từ chất thải thực phẩm và nước thải chất thải thực phẩm tại các cơ sở biogas hóa ở Hàn Quốc

Journal of Material Cycles and Waste Management - Tập 18 - Trang 445-454 - 2016
Dongjin Lee1, Jisu Bae1, Jungu Kang1, Kiheon Kim1
1Environmental Resources Research Department, National Institute of Environmental Research, Incheon, Republic of Korea

Tóm tắt

Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu tiềm năng sản xuất methane từ chất thải thực phẩm và nước thải chất thải thực phẩm như một dạng sinh khối tại Hàn Quốc. Bảy cơ sở biogas hóa đã được chọn để so sánh giữa sản lượng methane lý thuyết và sản lượng methane thực tế. Sản lượng methane lý thuyết được tính toán dựa trên các thành phần hữu cơ (carbohydrate, protein, chất béo) và phân tích các nguyên tố. Sản lượng methane thực tế được điều tra dựa trên chất rắn dễ bay hơi và CODcr. Sản lượng methane lý thuyết theo các thành phần hữu cơ là 0.52 Sm3CH4/kg VS và 0.35 Sm3CH4/kg CODcr, trong khi sản lượng theo phân tích nguyên tố là 0.53 Sm3CH4/kg VS và 0.36 Sm3CH4/kg CODcr. Sản lượng methane thực tế ghi nhận là 0.36 Sm3CH4/kg VSin và 0.26 Sm3CH4/kg CODcrin. Nếu xem xét hiệu suất loại bỏ trung bình của các chất hữu cơ từ bảy cơ sở biogas hóa, sản lượng methane thực tế đạt 0.48 Sm3CH4/kg VSrem và 0.33 Sm3CH4/kg CODcrrem. Sản lượng methane theo các thành phần hữu cơ rất giống với sản lượng theo phân tích nguyên tố và sản lượng methane thực tế của chất rắn dễ bay hơi và CODcr tương tự như giá trị lý thuyết. Sản lượng methane thực tế trong nghiên cứu này cho thấy giá trị gần đúng với các tài liệu tham khảo khác đã thực hiện trong các thử nghiệm quy mô phòng thí nghiệm hoặc tiềm năng methane sinh hóa (BMP). Kết luận, chất thải thực phẩm và nước thải chất thải thực phẩm tại Hàn Quốc có tiềm năng sản xuất methane đáng kể trong các cơ sở biogas hóa đang hoạt động.

Từ khóa

#methane yield #food waste #leachate #biogasification #South Korea

Tài liệu tham khảo

Ministry of Environment (2014) The status of waste generation and treatment in Korea. Ministry of Environment, South Korea El-Machad HM, McGarvey JA, Zhang R (2008) Performance and microbial analysis of anaerobic digesters treating food waste and dairy manure. Biol Eng 1:233–242 Ministry of Environment (2012) Research on improvement and management policy of food waste. Ministry of Environment, South Korea Ministry of Environment (2008) Economic analysis of waste-to-energy project. Ministry of Environment, South Korea Ministry of Environment (2007) Comprehensive plan of energization and land disposal of food waste leachate. Ministry of Environment, South Korea Ministry of Environment (2008) Comprehensive plan of waste-to-energy. Ministry of Environment, South Korea Lee B, Nam S, Namkoong W (2011) An evaluation of biogas production efficiencies from mechanically pretreated food waste and primary sewage sludge mixture by food waste mixing ratio through single stage anaerobic co-biogasification. J Korea Soc Waste Manag 28:648–660 Cui F, Lee S, Kim M (2011) Removal of organics and nutrients from food wastewater using combined thermophilic two-phase anaerobic digestion and shortcut biological nitrogen removal. Water Res 45:5279–5286 Garcia-Pena EI, Parameswaran P, Kang D, Canul-Chan M, Krajmalnik-Brown R (2011) Anaerobic digestion and co-digestion processes of vegetable and fruit residues: process and microbial ecology. Biores Technol 102(20):9447–9455 Ministry of Environment (2007) Comprehensive plan of energization and land disposal of food waste leachate [2008–2012]. Ministry of Environment, South Korea Ministry of Environment (2014) 2013 Status of organic waste energy utilization facilities. Ministry of Environment, South Korea Ministry of Environment (2009) Action plan of energization of waste and biomass. Ministry of Environment, South Korea Ministry of Environment (2014) Official waste testing method. ES06301.1a. Ministry of Environment, South Korea American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation (1998) Standard method for the examination of water and wastewater, 22nd edn. American Public Health Association (APHA), Washington Ministry of Food and Drug Safety (2015) Official food testing method. General testing method 1.1.3.1. B. Methods using the protein analyzer. Ministry of Food and Drug Safety, South Korea Ministry of Food and Drug Safety (2015) Official food testing method. General testing method 1.1.5.1.1. Ether extraction method. Ministry of Food and Drug Safety, South Korea Buswell AM, Mueller HF (1952) Mechanism of methane fermentation. Ind Eng Chem 44(3):550–552 Tchobanoglous G, Theisen H, Vigil S (1993) Integrated solid waste management. McGraw-Hill, New York Stockl A, Oechsner H (2012) Near-infrared spectroscopic online monitoring of process stability in biogas plants. Eng Life Sci 12(3):295–305 Gronauer A, Effenberger M (2007) Sicherung der prozess stabilität in landwirtschaftlichen BGA. LFL-Information 1-14 Lee D, Lee S, Bae J, Kang J, Kim K, Rhee S, Park J, Cho J, Chung J, Seo D (2015) Effect of volatile fatty acid concentration on anaerobic degradation rate from field anaerobic digestion facilities treating food waste leachate in South Korea. J Chem. doi:10.1155/2015/640717 Angelidaki I, Sanders W (2004) Assessment of the anaerobic biodegradability of macropollutants. Environ Sci Biotechnol 3:117–129 Viturtia A, Mata-Alvarez J, Cecchi F, Fazzini G (1989) Two-phase anaerobic digestion of a mixture of fruit and vegetable wastes. Biol Wastes 29:189–199 Viswanath P, Devi S, Nand K (1992) Anaerobic digestion of fruit and vegetable processing wastes for biogas production. Bioresour Technol 40:43–48 Zhang R, El-Mashad Hamed M, Karl H, Fengyu W, Liu Guangqing, Choate Chris, Gamble Paul (2007) Characterization of food waste as feedstock for anaerobic digestion. Bioresour Technol 98:929–935 Kim J, Oh B, Chun Y, Kim S (2006) Effect of temperature and hydraulic retention time on anaerobic digestion of food waste. J Biosci Bioeng 102(4):328–332 Lee D, Shishir Behera K, Kim J, Park H (2009) Methane production potential of leachate generated from Korean food waste recycling facilities: a lab-scale study. Waste Manag 29:876–882 Cho J, Park S, Chang H (1995) Biochemical methane potential and solid state anaerobic digestion of Korean food wastes. Bioresour Technol 52:245–253 Kim S, Ju H (2012) Feasibility of co-digestion of sewage sludge, swine waste and food waste leachate. J Korra 20(1):61–70 Yamashiro T, Lateef SA, Chun Y, Beneragama N, Lukic M, Masahiro I, Ihara I, Nishida T, Umetsu K (2013) Anaerobic co-digestion of dairy cow manure and high concentrated food processing waste. J Mater Cycles Waste Manag 15:539–547 Cho H, Moon H, Lim J, Kim J (2013) Effect of long chain fatty acids removal as a pretreatment on the anaerobic digestion of food waste. J Mater Cycles Waste Manag 15:82–89 Ng BJH, Mao Y, Chen CL, Rajagopal R, Wang JY (2015) Municipal food waste management in Singapore: practices, challenges and recommendations. J Mater Cycles Waste Manag. doi:10.1007/s10163-015-0405-8